JP4031065B2

JP4031065B2 - 移動可能な座標入力装置

Info

Publication number: JP4031065B2
Application number: JP06644696A
Authority: JP
Inventors: 欣治宇野
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: KR970066816A; JPH09258888A; KR100239346B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パーソナルコンピュータの操作に用いられるマウスや、タッチパネルの操作に用いられる手書き入力装置等の、移動可能な座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の移動可能な座標入力装置の一例としてのマウスの構成を示す上平面図である。図において、従来は、座標入力装置１１０が床面に対して移動する際の移動座標を入力する機構は、座標入力装置１１０の移動に応じて回転するボール１１１と、ボール１１１に接触しており、ボール１１１の回転力のＸ方向成分に応じて回転するＸ方向支柱１１２と、ボール１１１の回転力のＹ方向成分に応じて回転するＹ方向支柱１１３と、Ｘ方向支柱１１２の一端に固定されており、Ｘ方向支柱１１２の回転に伴って回転するＸ方向用円盤１１４と、Ｙ方向支柱１１２の回転に伴って回転するＹ方向用円盤１１５とを備えている。
【０００３】
次に動作を説明する。座標入力装置１１０の移動により、ボール１１１が回転する。このボール１１１の回転速度及び回転方向のＸ方向成分及びＹ方向成分はそれぞれＸ方向支柱１１２及びＹ方向支柱１１３に伝達されて、それによりＸ方向用円盤１１４及びＹ方向用円盤１１５がそれぞれ回転する。
図１２は図１１に示したＸ方向用円盤１１４を矢印Ａの方向から見た平面図である。図において、Ｘ方向用円盤１１４は、等間隔に配置された光を透過する複数のスリット２１０と、スリット２１０を透過した光を検出する２つのフォトセンサ２１１及び２１２とを備えている。フォトセンサ２１１と２１２は、一方がスリット２１０の一つに重なっているときは，他方が他のスリット２１０の位置からずれるように配置されている。
【０００４】
Ｙ方向用円盤１１５の構成もＸ方向用円盤１１４と同様である。
図１３は図１２のＸ方向用円盤１１４が回転したときのフォトセンサ２１１及びフォトセンサ２１２の出力波形を示す波形図である。Ｘ方向用円盤１１４が図１２における時計方向に回転（以下、正回転という）すると、フォトセンサ２１１は図１３の（１）に示す波形のパルスを出力し、フォトセンサ２１２は図１３の（２）に示す波形のパルスを出力する。また、Ｘ方向用円盤１１４が図１２における反時計方向に回転（以下、逆回転という）すると、フォトセンサ２１１は図１３の（３）に示す波形のパルスを出力し、フォトセンサ２１２は図１３の（４）に示す波形のパルスを出力する。これらのパルスの周期ＴからＸ方向用円盤１１４の回転速度がわかる。また、フォトセンサ２１１と２１２は上記のように配置されているので、Ｘ方向用円盤１１４が正方向に回転しているとき、フォトセンサ２１１の出力がハイレベルからローレベルに立ち下がるときは、フォトセンサ２１２の出力はローレベルにある、という位相差を示し、Ｘ方向用円盤１１４が逆方向に回転しているとき、フォトセンサ２１１の出力がハイレベルからローレベルに立ち下がるときは、フォトセンサ２１２の出力はハイレベルにある、という位相差を示す。この位相差により、Ｘ方向用円盤１１４の回転方向がわかる。同様にして、Ｙ方向用円盤１１５の回転速度及び回転方向も検出できる。
【０００５】
Ｘ方向用円盤１１４の回転速度及び回転方向はそれぞれ、座標入力装置１１０の回転速度及び回転方向のＸ方向の成分である。また、Ｙ方向用円盤１１５の回転速度及び回転方向はそれぞれ、座標入力装置１１０の回転速度及び回転方向のＹ方向の成分である。これらの成分から、座標入力装置１１０の移動速度及び移動方向が判定できる。
【０００６】
図１４は図１３に示したパルス波形を用いた座標入力装置１１０の移動速度及び移動方向の測定を説明する波形図である。図において、（１）はフォトセンサ２１１の出力パルス、（２）はフォトセンサ２１２の出力パルスを示す。座標入力装置１１０の移動速度及び移動方向は以下の方法により得られる。まず、これらの出力パルスのいずれか（図においてはフォトセンサ２１２の出力パルス）のパルス数を一定のサンプリング周期Ｓ₀、Ｓ₁、Ｓ₂、…Ｓ_n-1、Ｓ_n、Ｓ_n+1毎にカウントする。このカウント数が各サンプリング周期毎の座標入力装置１１０のＸ方向の移動距離を表す。座標入力装置１１０の各一定サンプリング周期毎のＸ方向の移動速度は、移動距離／サンプリング周期により計算される。座標入力装置１１０のＸ方向の移動方向は、移動距離の測定中に各サンプリング周期毎にフォトセンサ２１１の出力パルスとフォトセンサ２１２の出力パルスの位相差を確認し、正回転か逆回転かを判別することにより得られる。
【０００７】
Ｙ方向についても同様に移動速度及び回転方向が検出される。
こうして、得られた座標入力装置１１０のＸ方向及びＹ方向の移動速度及び移動方向は、図示しないマイクロコンピュータに入力され、その中で座標入力装置１１０の移動速度及び移動方向を演算し、出力する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の移動可能な座標入力装置は以上のように構成されているので、ボール１１１と接触して回転する２本の支柱及びそれらの回転に伴って回転するスリットを有する２つの回転円盤が必要であり、このため装置の寸法が大きくなるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術における問題に鑑み、従来の移動可能な座標入力装置と置き換えが可能で且つ超小型の新規な移動可能座標入力装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様により、床面に接触する球状先端部を有する可撓性の支柱の側面に配置され、伸びに応じて電気的抵抗値が変化する少なくとも２つの伸びセンサと、支柱の他の先端部に固定され、支柱を床面に対して移動可能なように覆っている筐体とを備え、筐体が床面に対して等速移動を行っていて球状先端部は停止状態にある時の球状先端部の床面に対する最大静止摩擦力から球状先端部の初速を求めるＡ期間と、筐体及び球状先端部が A 期間から継続された速度で等速移動を行うＢ期間と、筐体及び球状先端部がＢ期間から継続された初速及び等加速連続移動をしているＣ期間と、筐体及び球状先端部がＣ期間で上昇した速度を維持する等速移動を行うＤ期間と、の各期間での筐体の移動距離を算出し、算出された移動距離をサンプリング周期で割ることにより筐体の移動速度を算出するようにした移動可能な座標入力装置が提供される。
【００１１】
上記筐体の形状は支柱と略平行な円筒形状又は多角形状である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面によって詳細に説明する。
図１は本発明の実施例による移動可能な座標入力装置の構成を示す斜視図であり、図２は図１の矢印Ｂの方向から見た断面図である。図に示した座標入力装置はペン型のマウスであり、床面１に可撓性の支柱２の球状先端部３が接触するようになっている。支柱２の側面には、伸びに応じて電気的抵抗値が変化する４つの伸びセンサ４ａ、４ｂ、４ｃ、及び４ｄが貼り付けられている。伸びセンサ４ｄは図面の背後にあるために図示されていない。伸びセンサ４ａ、４ｂ、４ｃ、及び４ｄは支柱２の軸に平行に、且つ、Ｘ方向の対向する側面と、Ｙ方向の対向する側面に配置されている。支柱２の他の先端部は筐体５に固定されている。筐体５は支柱２を床面１に対して移動可能なように覆っている。
【００１３】
図３は図１及び図２に示した装置内の支柱２の斜視図である。図示のように、球状先端部３の反対側の他の先端部は平坦になっており、この平坦部は筐体１（図１）に固定される。
図４は支柱２に伸びセンサ４ａ、４ｂ、４ｃ、及び４ｄを貼付した状態を示す図であり、（１）は斜視図、（２）は（１）における矢印Ａの方向から見た平面図である。
【００１４】
図５は伸びセンサ４ａを拡大して示した斜視図である。図示のように、伸びセンサ４ａは薄板形状をしており、伸びに応じて電気的抵抗値が変化するが、圧縮に対しては電気的抵抗が変化しない材料を用いて形成されている。他の伸びセンサ４ｂ、４ｃ、及び４ｄもそれぞれ伸びセンサ４ａと同様の形状及び性質を有する。
【００１５】
図６は図５に示した伸びセンサ４ａの伸びと抵抗値との関係を示すグラフである。図示のように、電気的抵抗値は伸びに比例して増大するが、圧縮しても抵抗値の変化はない。
次に支柱２に配置された４個の伸びセンサー中の１個の伸びセンサーの動作を説明する。
【００１６】
図７は座標入力装置が移動を開始した直後の、図１に示した移動可能な座標入力装置の球状先端部３に加わる力を示す図である。同図において、座標入力装置の筐体５が速度Ｖａで等速移動を開始し、且つ、球状先端部３が床面１の初期位置に留まっている間は、支柱２の球状先端部３には、座標入力装置の移動方向と逆方向の、床面と球状先端部３との静止摩擦力Ｆ１により、筐体５に支持されている支柱２がたわむ。このたわみにより、球状先端部３には静止摩擦力Ｆ１と反対方向（筐体５の移動方向）に静止摩擦力Ｆ１と同じ大きさの復元力Ｆ２が加わる。この復元力Ｆ２が最大静止摩擦力Ｆ１_maxより小さい間は、筐体５が床面１に対して移動していても、球状先端部３の床面１に対する移動はない。
【００１７】
図８は筐体５がさらに移動して、復元力Ｆ２が最大静止摩擦力Ｆ１_maxを越えて球状先端部３が等速運動をする時の球状先端部３に加わる力を示す図である。図７において、筐体５が速度Ｖａで移動を続け、復元力Ｆ２が最大静止摩擦力Ｆ１_maxを越えると、球状先端部３は床面１に対して筐体５の移動方向と同方向への移動を開始する。移動を開始した球状先端部３に生じる摩擦力は、最大静止摩擦力Ｆ１_maxより小さい動摩擦力Ｆ３に変わる。この時、球状先端部３の移動方向の力は、最大静止摩擦力Ｆ１_maxと同じ大きさなので動摩擦力Ｆ３より大きく、したがって、球状先端部３は、筐体５の移動方向に加速移動を開始する。球状先端部３の加速運動の経過に伴い、球状先端部３の移動方向の力と動摩擦力Ｆ３との差が減少してついにはゼロになる。すると、球状先端部３の速度は、筐体５と同一速度になり、動摩擦力Ｆ３と同じ力Ｆ４（向きは逆）を得られるたわみを維持しつつ、等速移動を行なう様になる。
【００１８】
図９は図８の状態から筐体５を等加速度運動させた時の球状先端部３に加わる力を示す図である。筐体５が連続等加速移動をしている場合、図９に示す様に、筐体５の移動速度と球状先端部３の移動速度との相対速度に差が生じ、それにより支柱２はさらにたわむ。このため、球状先端部３の移動方向の力Ｆ５は動摩擦力Ｆ３よりも大きくなり、球状先端部３も等加速移動を開始する。そして、球状先端部３は、筐体５の等加速と同じ等加速が得られる力を得られるたわみを維持しつつ、連続等加速移動を行なう。
【００１９】
次に本発明の実施例によっても、従来の座標入力装置と同様に、座標入力装置の移動速度及び移動方向が検出可能であることを説明する。
図１０の（１）は筐体５が移動した場合の伸びセンサ４ａにおける時間と抵抗（伸び）との関係を示すグラフ、図１０の（２）は筐体５が移動した場合の伸びセンサ４ｃにおける時間と抵抗（伸び）との関係を示すグラフである。伸びセンサ４ａ及び４ｃはそれぞれ筐体５の移動のＸ方向成分に関する伸びに対応する電気的抵抗値の変化を検出する。図において、時刻Ｔ１からＴ２までは筐体５の移動のＸ方向成分は正であり、時刻Ｔ２からＴ３までは筐体５の移動のＸ方向成分は負である。
【００２０】
Ａ期間は図７に示した状態の期間、即ち、座標入力装置即ち筐体５は等速移動しているが、球状先端部３は静止摩擦力Ｆ１により停止している期間である。
Ｂ期間は、図８に示した状態の期間であり、Ａ期間で球状先端部３に対する最大静止摩擦力相当の伸びセンサ４ａ又は４ｃの伸びを越えた処から開始される。このＢ期間では筐体５及び球状先端部３は共に等速移動している。即ち、球状先端部３は動摩擦力Ｆ３と同じ大きさの移動方向の力Ｆ４を生じる程度の支柱の伸びを維持しつつ、等速移動を行なう。
【００２１】
Ｃ期間は図９に示した状態であり、筐体５が連続等加速移動している。球状先端部３は、移動速度に対し一定な動摩擦力Ｆ３に打ち勝ち、筐体５の移動方向と同じ等加速の得られる移動方向の力を生じる程度の支柱の伸びを維持しつつ、連続等加速移動を行なう。
Ｄ期間では再び図８に示した状態に戻り、筐体５は連続等加速移動をやめ等速移動をする。球状先端部３は、Ｃ期間で上昇した速度を維持し、Ｂ期間と同様な伸びセンサ４ａ又は４ｃの伸び（動摩擦力相当の伸び）に戻った状態で、等速移動を行なう。
【００２２】
以上の各期間のうち、Ａ期間では、筐体５は、速度Ｖａでの等速移動を行なっているが、球状先端部３は停止状態である。この時、最大静止摩擦力相当の支柱２の伸びになるまでの時間Ｔａは、筐体５の移動速度Ｖａの大きさに反比例している。この最大静止摩擦力（相当の支柱の伸び）になるまでの時間Ｔａの測定により、球状先端部３の初速Ｖａが得られる。
【００２３】
Ｂ期間では、筐体５は、Ａ期間から継続された速度Ｖａの等速移動を行っており、球状先端部３も同じ速度Ｖａでの等速移動を行なっている。この時の支柱の伸びは、球状先端部３の動摩擦力と同じ大きさの力に対応している。加速の状態としては、移動方向の加速＝０となる。Ａ期間で求めた初速度Ｖａが維持されている。
【００２４】
Ｃ期間では、筐体５は、Ｂ期間から継続された初速Ｖａ、等加速αでの連続等加速移動をしておりであり、球状先端部３も同じ初速Ｖａ、等加速αでの連続等加速移動を行なっている。この時の支柱の伸びは、球状先端部３の移動速度に対し一定な動摩擦力に打ち勝ち、筐体５の移動方向と同じ等加速αが得られる力に対応している。Ｂ期間での動摩擦力と同じ大きさの移動方向の力に対応する伸びからの伸びセンサ４ａ又は４ｃの伸びの増加量の測定により、球状先端部３の等加速αが得られる。
【００２５】
Ｄ期間では、筐体５は、Ｃ期間で上昇した速度Ｖｃを維持した等速移動に戻り、球状先端部３も同じ速度Ｖｃでの等速移動に戻る。動摩擦力は装置の移動速度に関係なく一定なので、この時の支柱の伸びは、Ｂ期間（等速移動）と同じ量に戻る。
図１０に示した筐体５の各移動過程において、本発明の実施例による移動可能な座標入力装置の移動距離、即ち、筐体５の移動距離は、以下の様にして得られる。
【００２６】
（Ａ）球状先端が停止しているＡ期間では、予め、測定してある（又は、調整してある）最大摩擦力相当の支柱の伸びをＬａとし、Ａ期間で測定された最大摩擦力への到達時間をＴａとすると、
筐体５の初速度Ｖａ＝Ｋ_０／ＴａＫ_０は定数…（１）
球状先端部３のＡ期間における移動距離Ｍａ＝０
（Ｂ）球状先端部３が等速移動を行なっているＢ期間では、予め、測定してある（又は、調整してある）動摩擦力相当の支柱の伸びをＬｂ、Ｂ期間での測定時間をＴｂ、等速移動開始時の初速はＡ期間から継続した速度なのでＶａとすると、
球状先端部３の速度Ｖｂ＝Ｖａ …（２）
球状先端部３のＢ期間だけの移動距離Ｍｂ＝Ｖａ＊Ｔｂ
球状先端部３の移動距離Ｍ＝Ｍａ＋Ｍｂ
＝０＋Ｖａ＊Ｔｂ
（Ｃ）球状先端部３が連続等加速移動を行なっているＣ期間では、予め、測定してある（又は、調整してある）動摩擦力相当の支柱の伸びをＬｂ、連続等加速移動中に測定された支柱の伸びをＬｘ、Ｃ期間での測定時間をＴｃ、加速開始時の初速はＢ期間から継続した速度なのでＶｂとすると、
球状先端部３の加速度α＝Ｋ１＊（Ｌｘ−Ｌｂ）Ｋ１は定数…（３）
球状先端部３の速度Ｖｃ＝Ｖｂ＋α＊Ｔｃ
球状先端部３のＣ期間だけの移動距離
Ｍｃ＝Ｖｂ＊Ｔｃ＋（１／２）＊αＴｃ^２
球状先端部３の移動距離Ｍ＝Ｍａ＋Ｍｂ＋Ｍｃ
＝０＋Ｖａ＊Ｔｂ＋Ｖｂ＊Ｔｃ＋（１／２）＊αＴｃ^２
（Ｄ）球状先端部３が等速移動に戻ったＤ期間では、予め、測定してある（又は、調整してある）動摩擦力相当の支柱の伸びをＬｂ、Ｄ期間での測定時間をＴｂ、等速移動開始時の初速はＣ期間から継続した等速なのでＶｃとすると、
球状先端部３の速度Ｖｄ＝Ｖｃ
球状先端部３のＤ期間だけの移動距離Ｍｄ＝Ｖｃ＊Ｔｄ
球状先端部３の移動距離Ｍ＝Ｍａ＋Ｍｂ＋Ｍｃ＋Ｍｄ
＝０
＋Ｖａ＊Ｔｂ（等速移動中）
＋Ｖｂ＊Ｔｃ＋（１／２）＊αＴｃ^２（等加速移動中）
＋Ｖｃ＊Ｔｄ（等速移動中）
Ｂ期間、Ｃ期間、及びＤ期間では筐体５の速度又は加速度と球状先端部３の速度又は加速度は同じであるが、Ａ期間では筐体５は等速移動をしているのに対し、球状先端部３は静止状態である。したがって、Ｂ期間、Ｃ期間、及びＤ期間では筐体５の移動距離Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄはそれぞれ球状先端部３の移動距離Ｍｂ、Ｍｃ、Ｍｄに等しい。一方、Ａ期間での筐体５の移動距離Ｌａは
Ｌａ＝Ｖａ＊Ｔａ＝Ｋ_０
と一定である。したがって、任意の期間における筐体５の移動距離が得られる。よって、サンプリング周期を図１４に示した従来の装置における周期と同じにすれば、その各周期内での筐体５の移動距離が上記式から算出でき、その移動距離をサンプリング周期で割ることにより従来の同じようにして、移動速度が算出できる。
【００２７】
また、移動方向についても、伸びセンサ４ａが伸びに対応する抵抗値の変化を示している場合は正のＸ方向に移動していることがわかり、伸びセンサ４ｂが伸びに対応する抵抗値の変化を示している場合は負のＸ方向に移動していることがわかる。
以上の移動距離の計算式をもつ伸びセンサーをＸ軸上の２ヶ所と、Ｙ軸上の２か所に設けることにより、筐体５の移動速度及び移動方向が求められる。
【００２８】
なお、筐体５が正方向移動から、負方向の移動に変化した時、球状先端部３は、一端停止状態となり、変化後の負方向の逆方向に静止摩擦力が生じる。更に、負方向への移動を行なうと、静止摩擦力も増加し、最大摩擦力を越えた処で、球状先端部３は移動を開始し、負方向での上記式での（連続した装置の）移動距離の計算となる。この場合、伸びセンサー４ａは、伸びから圧縮になる為、センサー出力は０となり、伸びセンサー４ｃは、圧縮から伸びになる為、出力が開始される。出力中センサーの出力が０になった時を装置のＸ軸上での移動方向の変化と認識し、上記式の（連続した装置の）移動距離測定を最初から行なう事で、Ｘ方向の相対距離が支障なく出力できる。
【００２９】
以上の実施例においては、伸びセンサはＸ方向の対向位置に２個とＹ方向の対向位置に２個の合計４個を用いた例を示したが、本発明はこれに限ることなく、少なくとも一方向の対向一に２個の伸びセンサがあればよい。勿論伸びセンサの数を５個以上にしてもよい。
さらに、筐体５は上記の実施例では支柱２と略平行な円筒状であるが、断面が多角形の支柱と略平行な多角柱の筐体でもよい。
【００３０】
筐体５は手で操作し易いようにペン型となっている。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明により、移動可能な座標入力装置の移動に伴い生じる支柱の伸びを、移動座標入力装置のＸ方向／Ｙ方向の相対座標への変換対象にした事により、移動可能な座標入力装置の超小型化が可能になり、パーソナルコンピュータの操作に用いられるマウスや、タッチパネルの操作に用いられる手書き入力装置を操作がし易いペン型の座標入力装置で実現でき、且つ、従来技術と同様に、移動可能な座標入力装置のＸ方向／Ｙ方向の相対座標を得る事ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による移動可能な座標入力装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の示した座標入力装置の矢印Ｂに沿う断面図である。
【図３】図１及び図２に示した装置内の支柱２の斜視図である。
【図４】支柱２に伸びセンサを貼付した状態を示す図である。
【図５】伸びセンサを拡大して示した斜視図である。
【図６】図５に示した伸びセンサの伸びと抵抗値との関係を示すグラフである。
【図７】座標入力装置が移動を開始した直後の、図１に示した移動可能な座標入力装置の球状先端部に加わる力を示す図である。
【図８】筐体がさらに移動して、復元力が最大静止摩擦力を越えて球状先端部が等速運動をする時の球状先端部３に加わる力を示す図である。
【図９】図８の状態から筐体を等加速度運動させた時の球状先端部に加わる力を示す図である。
【図１０】筐体５が移動した場合の伸びセンサにおける時間と抵抗との関係を示すグラフグラフである。
【図１１】従来の移動可能な座標入力装置の一例としてのマウスの構成を示す上平面図である。
【図１２】図１１に示したＸ方向用円盤を矢印Ａの方向から見た平面図である。
【図１３】図１２のＸ方向用円盤が回転したときのフォトセンサの出力波形を示す波形図である。
【図１４】図１３に示したパルス波形を用いた座標入力装置の移動速度及び移動方向の測定を説明する波形図である。
【符号の説明】
１…床面
２…支柱
３…球状先端部
４ａ〜４ｄ…伸びセンサ
５…筐体

Claims

床面（１）に接触する球状先端部（３）を有する可撓性の支柱（２）と、前記支柱の側面に配置され、伸びに応じて電気的抵抗値が変化する少なくとも２つの伸びセンサ（４ａ〜４ｄ）と、前記支柱の他の先端部に固定され、前記支柱を前記床面に対して移動可能なように覆っている筐体とを備え、
前記筐体が前記床面に対して等速移動を行っていて前記球状先端部は停止状態にある時の前記球状先端部の前記床面に対する最大静止摩擦力から前記球状先端部の初速を求めるＡ期間と、
前記筐体及び前記球状先端部が前記 A 期間から継続された速度で等速移動を行うＢ期間と、
前記筐体及び前記球状先端部が前記Ｂ期間から継続された初速及び等加速連続移動をしているＣ期間と、
前記筐体及び前記球状先端部が前記Ｃ期間で上昇した速度を維持する等速移動を行うＤ期間と、
の各期間での前記筐体の移動距離を算出し、算出された移動距離をサンプリング周期で割ることにより前記筐体の移動速度を算出するようにした移動可能な座標入力装置。
前記筐体の形状は前記支柱と略平行な円筒形状である請求項１に記載の座標入力装置。
前記筐体の形状は前記支柱と略平行な多角柱の形状である請求項１に記載の座標入力装置。